一种铝合金型材挤压变形方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金型材挤压变形方法，首先将铝合金坯料加热至１００℃～２００℃，保温，预热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度５０℃～１５０℃，而后将铝合金坯料放入挤压模具中，在挤压比为８～４２、挤压模冲头速度为２０～３０ｍｍ.ｓ－１的条件下进行挤压。本发明专利技术铝合金挤压后的强韧性等综合性能均有较大提高，具有工艺简单、成本低、能耗低、生产效率高，并且使铝合金强韧性大幅提高的优点，可以生产铝合金铝合金棒材、丝材、板材、管材等型材。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属材料塑性加工方法，具体地说是一种铝合金型材挤压变形方 法。
技术介绍
我们知道，铝合金具有密度小、比强度高、导电和导热性好、易于成形及价格低廉 等优点，已广泛应用于航空航天、交通运输、轻工建材等部门，是轻合金中应用最广、用量最 多的合金。自从电解铝技术获得应用以来，世界铝业得到了迅猛的发展，铝合金已成为最常 用的两种工业合金之一。同时铝合金是一种较“年轻”的金属材料，在20世纪初才开始规模 化的工业应用。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为实际应用的第二大金属 材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料及高效率成形工艺的 结果。刘静安、刘志铭在《铝加工》2008，0)4-8发表了“铝合金挤压工业及技术和装备发展 现状与趋势” 一文，其中介绍了铝合金挤压型材在汽车、船舶、铁路、航空、航天等工业领域 以及建筑等民用领域越来越显示出其重要地位。目前，国际上铝合金型材挤压技术发展迅 速，世界各发达国家已装备了各种形式、各种结构、不同吨位的铝型材挤压机，铝型材挤压 正在向大型化、复杂化、精密化、多品种、多规格、多用途方向发展，挤压生产也日趋连续化、 自动化和专业化。目前，不仅发展了一些先进的特殊结构的大型挤压机，而且研制了多种类 型的挤压结构的模具以及新的挤压工艺，并能挤压出各种外形复杂的实心和空心制品。我们还知道，传统铝合金型材塑性加工方法是热挤压，其基本操作规程是将铝合 金坯料加热到一定温度放入模具中，模具预热温度一般低于铝合金坯料加热温度，也就是 说铝合金坯料心部温度明显高于铝合金坯料表面温度，加上模具内表面摩擦影响，使挤压 时铝合金坯料心部金属变形流动速度明显高于坯料表面，造成显著的塑性变形不均勻，从 而使得组织及性能不均勻，材料各向异性明显。尤为重要的是，在300 450°C温度挤压时， 铝合金大塑性变形后发生动态回复再结晶，特别是伴随剧烈摩擦导致的显著温升，使得挤 出棒材或型材晶粒粗大，导致主要性能指标如强度和伸长率较低。我国的铝型材挤压技术起步较晚，尽管目前已有上千家生产铝型材的国有企业， 拥有多台万吨挤压机，但无论从挤压产品的性能还是从生产效率和标准化程度来看，都与 世界先进水平存在较大差距。为此，寻找低成本、高效、高强韧、可进一步塑性加工成型的 生产铝合金棒材、丝材、板材、管材、异型材等新的工艺方法，正成为国内外广泛关注的研 发课题。要提高铝合金综合性能，最佳途径是细化铝合金组织；只有使铝合金晶粒细化到 10 μ m以下，才有可能大幅提高铝合金综合性能，并且还有利于后续热处理强化或二次塑 性加工成型零件。近几十年来为了提高铝合金的性能，人们把注意力和努力的方向集中在 两个不同但相互平行的方向一是考虑铝合金的时效强化过程，通过加入新的合金化元 素如RE(稀土)、Zr、Sc和Ag等析出新的强化相来提高铝合金的性能，另一方向就是发展 新的金属塑性加工工艺来控制组织进而提高合金机械性能。强塑性变形(SPD)方法作为 一种能够明显提高铝合金综合性能的加工技术引起了人们的广泛关注。参见《材料导报》32007,21(4)60-64 “塑性变形在铝合金中的研究进展” 一文。所谓强塑性变形(SPD)就是 使块体材料在不明显改变其尺寸条件下而获得非常高的应变的加工方法，这种方法能够强 烈地细化晶粒，通常晶粒大小在0. Γ μ m0组织细化使铝合金材料同时具有高强度和良好 的塑性及韧性的综合优异性能。到目前为止，人们发展了多种不同的SPD方法，即等径角 挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、多向锻造、扭转挤压、周期挤压、往复挤压、反复折皱和校直 (RCS)、累积轧制(ARB)和摩擦搅拌等。这些强塑性变形方法可以使铝合金晶粒细化到亚微 米数量级，但这些方法成本高，工艺复杂，对设备要求高，很难用于大批量生产。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有铝合金挤压存在显著的塑性变形不 均勻、晶粒细化效果不显著、挤压时易开裂的缺点，提供一种工艺简单、成本低、生产效率 高、能耗低，并使铝合金强韧性大幅提高的铝合金型材挤压变形方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是， 其特征在于它按照下述步骤进行加工首先将铝合金坯料加热至10(TC 20(TC，保温，预 热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50°C 150°C，而后将铝合金坯料 放入挤压模具中，在挤压比为8 42、挤压模冲头速度为20 30mm · S—1的条件下进行挤 压。本专利技术控制挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50°C 150°C，这样挤压时， 铝合金坯料表面温度明显高于铝合金坯料心部温度。铝合金坯料形成表面高于心部的逆向 温度梯度，本专利技术称之为逆向梯度温度场。对照现有技术，本专利技术采用逆向梯度温度场挤压 铝合金，改善了变形的不均勻性，使挤压件尾部凹坑变小；可大幅度细化晶粒，铝合金挤压 后的强韧性均有较大提高，伸长率可达到40%以上，比传统热挤压铝合金件伸长率有较大 提高，其延伸率至少提高60%，有利于实现铝合金后续的热处理或二次塑性加工成型零件。 本专利技术不仅适用于挤压成形铝合金的棒材、板材、管材、型材。也适用于镁合金、锌合金、铜 合金等低溶点合金。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。本专利技术，首先将铝合金坯料加热至100°C 200°C， 保温，预热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度50°C 150°C，铝合金坯料 尺寸较大时温度差取上限，铝合金坯料尺寸较小时温度差取下限。为了减小摩擦，挤压模 具的表面采取油基石墨或石墨乳润滑。将加热的铝合金坯料放入模具中，然后在挤压比为 8 42、挤压模冲头速度为20 30mm .S—1的条件下进行挤压。本专利技术挤压比在8 42范 围均可实现，不产生裂纹；选择大挤压比时，必须考虑挤压时热效应产生的温升影响。逆向 梯度温度场挤压过程开始时，铝合金坯料心部金属流动速度明显低于铝合金坯料边部金属 流动速度，由于挤压升温及挤压过程热传导比开始加快，使挤压坯料后半部分的坯料表面 与心部温度差减小，也就是说挤压过程逆向梯度温度场的温度梯度是变化的。为了保证整 个挤压过程始终在逆向梯度温度场状态，选择高的挤压速度是有利的。为此本专利技术的挤压 速度高于传统挤压速度，选择在20 30mm · S—1。4本专利技术挤压时，铝合金坯料表面温度明显高于铝合金坯料心部温度，称之为逆向 梯度温度场。与传统铝合金热挤压工艺方法不同，由于逆向梯度温度场挤压铝合金改善了 变形的不均勻性，使挤压件尾部凹坑变小；由于逆向温度场挤压变形相对较均勻，因此挤压 件的晶粒大小也较均勻，防止了挤压棒材粗晶环形成。按本专利技术给出的逆向梯度温度场挤 压铝合金，挤压比在8 42时可细化晶粒到10 μ m以下，最佳可控制在5 μ m左右。逆向梯 度温度场挤压与一般热挤压相比可大幅度细化晶粒，因此一般铝合金挤压后的强韧性均有 较大提高，伸长率可达到40%以上，比传统热挤压铝合金件伸长率有较大提高，其延伸率至 少提高60%，有利于实现铝合金后续的热处理或二次塑性加工成型零件。本专利技术不仅适用于 铝合金，也适用于镁合金、锌合金、铜合金等低熔点合金。本方法可以一次挤压成形，挤压速 度较快，可提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝合金型材挤压变形方法，其特征在于它按照下述步骤进行加工：首先将铝合金坯料加热至１００℃～２００℃，保温，预热挤压模具，使挤压模具温度高于铝合金坯料表面温度５０℃～１５０℃，而后将铝合金坯料放入挤压模具中，在挤压比为８～４２、挤压模冲头速度为２０～３０ｍｍ.Ｓ↑［－１］的条件下进行挤压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文丛，于洋，
申请(专利权)人：张文丛，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]